교류전력 피상, 유효, 무효 알아보기(벡터로 쉽게 해석)

교류전력 공급에 따라서 발생되는 피상전력, 유효전력, 무효전력에 어렵게 생각 안 하셔도 됩니다.

바로 저희가 이 전에 R-L-C 직렬회로, 병렬회로를 어느 정도 봤다면, 벡터에 대해 이해도가 조금 더 생겼다면 개념 잡기 수월할 거예요.

실제 저도 처음 R, L, C 회로의 리액턴스, 역률, 역률각, 전류 실효값 등 이해하기 너무 어려웠지만 벡터를 그려보면서 식을 하나씩 완성해 보고 접근하니 생각보다 개념잡기 편하더라고요.

교류전력

교류전력을 들어가기 전 회로이론 초반에 전력 P = VI 라는 식 기억하시나요? 전력은 전압이 얼마나 흐르는지 알려주는 값인데요. 해당 식은 직류에서 쓰일 수 있습니다.

그렇다면 교류에서는 어떻게 표현할까요? 교류에서는 전압, 전류가 파형형식으로 발생하며 이에 따른 순시값, 실효값, 평균값, 최대값 등으로 나타낼 수 있습니다.

또한 회로를 직접 그려보면 부하 즉 전압을 소모하는 부분(보통 집에서 쓰이는 전동기)에 저항(R)과 이에 따라 발생되는 인덕턴스(L)로 나뉘게 됩니다.

보통 병렬 회로로 구성되어 있는 부하이기 때문에 전압은 일정하고 전류는 총 3가지로 구분되게 됩니다.(전전류, 저항에 걸리는 전류, 리액턴스에 걸리는 전류)

그렇다면 전력은 어떻게 될까요? P = VI, I²R, V²/R 로서 즉, 3개의 전력이 발생되게 됨을 알 수 있습니다.

전전류값으로 표현하는 전력, 저항에 걸리는 전류값으로 표현하는 전력, 리액턴스로 표현할 수 있는 전력까지죠.

이를 각 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력이라고 할 수 있습니다. 그렇다면 식은 어떤식으로 구성될까요?

피상 전력은 전원에서 부하에 공급하는 전력으로서 전압과 전류의 곱으로 표현함(즉, 전전류와 전원전압의 곱으로 표현할 수 있음)

유효 전력은 실질적인 부하에 있는 저항(R)에서 소모하는 전력을 뜻하며 소비 전력, 평균 전력이라고 이야기 할 수 있습니다.

무효 전력은 인덕턴스, 커패시턴스에서 축적된 전력으로서 추후 전원으로 돌려보내는 전력

즉, 교류전력은 병렬 R-L 회로를 기준으로 생각하시면 됩니다. 전압은 일정하고 전류는 분배된다는 점을 통해 전압을 기준잡고 백터를 그려보면 되는데요.

여기서 I, IR, IL 각 전류에 발생되는 전력을 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력이라고 합니다.

이를 P=VI 식에 대입해서 계산할 수 있습니다. 우선 IR값을 구하려면 전전류 I에 cos𝜽, IL값은 I에 sin𝜽을 구하면 구할 수 있습니다.

즉, 이에 따라 각 전력이 어떻게 구해지는지 식을 알 수 있으며 여기에 정의를 머릿속에 기억하고 계신다면 충분히 문제도 해결할 수 있을거라고 생각됩니다.

교류 처음에 적분, 미분 등 해야한다고 해서 너무 어렵게 생각했지만 사실 그 개념을 잘 이해하고 식만 외우고 있으면 문제없이 해결할 수 있다고 생각됩니다.

물론, 저도 아직 전기기사 시험을 치르지 않았지만 분명히 같이 합격할 수 있을거라고 생각됩니다.